第二章 传热学.ppt

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1、第二章传热学传热学概念：研究有温差存在情况下的热量传递规律的一门学科，具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法。热量传递过程的推动力：温差热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源有温差就会有传热温差是热量传递的推动力。为什么学传热学？芯片技术的冷却实心砖空心砖建筑环境建筑上,利用空气导热系数小的特点,制成的空心砖具有良好的保温效果。传热学的重要地位：传热学是能源、动力、化工、机械、电子、土木等学科的主干技术基础课。传热学与流体力学、工程热力学并称能源动力类专业的三大支柱。自然界温差无处不在，无时不有。传热过程的分类:按温度与时间的依变关系:稳态非稳态传热方式分类导

2、热(热传导)对流(热对流)热辐射§1.1热传导(1)定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。(2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生。(3)导热的特点：必须有温差；物体直接接触；依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递；在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。0tdxdtQ导热热阻单位导热热阻Q图1导热热阻的图示(4)一维稳态导热及其导热热阻热流密度导热量(5)导热系数表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度有关。意义：是指单位厚度的物体具有单位温差时，在它的单位面积上每单位

3、时间的导热量。[例题1]一块厚度δ=50mm的平板，两侧表面分别维持在试求下列条件下的热流密度。材料为铜，λ=375w/(m•K);材料为钢，λ=36.4w/(m•K);材料为铬砖，λ=2.32w/(m•K)；材料为铬藻土砖，λ=0.242w/(m•K)。铬砖：硅藻土砖：铜：钢：解：根据一维稳态导热公式由计算可见，由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差别，导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。因而，铜是热的良导体，而硅藻土砖则起到一定的隔热作用。§1.2热对流定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。(

4、2)对流换热特点：当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，他与单纯的对流不同，是导热与热对流同时存在的复杂热传递过程。必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差。壁面处会形成速度梯度很大的边界层。（3）对流换热的分类根据是否发生相变分：沸腾换热和凝结换热。液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流换热，称为沸腾换热及凝结换热。根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。(4)对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式h—表面传热系数—热流量[W]，单位时间传递的热量q

5、—热流密度A—与流体接触的壁面面积—固体壁表面温度—流体温度h——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等(5)对流换热系数(表面传热系数)(6)对流换热热阻§1.3热辐射定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。(2)特点：任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；可以在真空中传播；伴随能量形式的转变；具有强烈的方向性；辐射能与温度和波长均有关；发射辐射取决于温度的4次方。(3)生活中的例子：当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热；冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时要舒服

6、；太阳能传递到地面；冬天，蔬菜大棚内的空气温度在0℃以上，但地面却可能结冰。(4)辐射换热物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同。不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量；在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换：物体热力学能电磁波能物体热力学能；无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温。(5)辐射换热的特点黑体的定义：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，黑体的吸收能力最强。黑体辐射热能：真实物体辐射

7、能：两黑体表面间的辐射换热：，，(6)辐射换热量计算[例题2]一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42W/(m2K),保温层外表面的发射率。问：（1）此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式；（2）计算每米长度管道的总散热量。量为：解：（1）此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。（2）把管道每米长度上的散热量